Med faststoff batterier blir elektriske biler komplette. Dagens flytende elektrolytt er mest en mellomløsning.
Av Stein Bekkevold
En moderne årsak til bilbrann er at litium-ion batterier har flytende elektrolytt – væsken som leder strømmen mellom batteripolene – og fritt oksygen starter gjerne brann. Dette er grunnen til at seriøse utviklere nå bruker masse tid og store budsjetter på å utvikle en bedre løsning, da med faststoff batterier for elbil, fordi fast elektrolytt er sikrere og dessuten mer energilønnsom.
Elektrolytt var først et fellesnavn på kjemiske saker som løst i vann gjør vannet elektrisk ledende. I en vannelektrolytt finnes positive og negative ioner. De står for strømtransporten.
Tre stoffer kan gi elektrolytt: syrer, baser og salter. Bordsalt (NaCl) og svovelsyre (H2SO4) gir sterk, eddiksyre og ammoniakk svak. En elektrolytt som er sterk i vandig løsning, kan være svak i et annet løsemiddel. De vanligste er med vann. De fleste industrielle elektrolyser plussbatterier og brenselceller er slik.
Andre elektrolytter har rene salter (saltsmelter) og organiske forbindelser. Faststoff-elektrolytter finnes også. Der ledes strømmen gjennom et ledende keramisk stoff.
Sikrere
I årevis har eksperter spådd at faststoffbatterier vil være neste generasjons løsning for elbil. Det blir tryggere med solid elektrolytt enn de brennbare væskene i dagens litium-ion batterier.
De nye batteriene kan også vare lenger og veie mindre, og får ti ganger høyere energitetthet med litiummetall-anode enn med en av grafitt.
Ford, Hyundai, Nissan, Toyota og Volkswagen investerer alle i dette og det gjør nok mange andre også.
ISS
Eric Wachsman i Ion Storage Systems (ISS) har en løsning som skiller seg på flere måter. Deres sterke, tette keramiske elektrolytt er 10 mikrometer tykk, like tynn som plast-separatorene i dagens Li-batterier. Den leder bedre enn flytende elektrolytt.
ISS sier at den løser to hovedproblem med eldre faststoff batterier: Høy elektrolyttmotstand og lav strømkapasitet. Den har tre virksomme sjikt: I midten et tynt, tett lag av litiumoksidkeram. På hver side et litt tykkere, porøst lag av keram med supertynt aluminiumoksidbelegg; det senker motstanden ytterligere.
Keram kan være sprø, men det tette mellomlaget styrker. Det gjør også batteriet tryggere ved å hindre dendritter, nåler av litiumioner som avsettes på anoden, og som perforerer plastseparatorene i dagens celler og gir kortslutning og elektrolyttbrann.
Et annet poeng er at de porøse, aluminiumoksidlagene lar litiumioner bevege seg raskere i elektrolytten. Det blir kjapp opplading av sånt.
GM
Og om du har hørt om GMs satsing på Ultium-battericeller med nikkel-kobolt-mangan-aluminium (NCMA) kjemi, de som skal lages av Ultium Cells LLC (et samvirke mellom GM og LG Energy Solution) som poseceller i storformat, så er det riktig.
Materialene kommer fra LG og POSCO Chemical (katode) pluss Livent (litiumhydroksid). I Kina lages Ultium nå med nikkel-mangan-kobolt (NMC) kjemi i sylinderform. Neste generasjon Chevrolet Bolt EV skal visstnok få Ultium-celler med litium-jern-fosfatkjemi, med redusert topp- og nominell cellespenning.
Men ikke noe av dette har altså faststoff ….
Tegningen er fra ISS, og bildene av elektrisk Mustang (bil og batteripakke) er fra Ford.
